Πολλά γυμνάσια διδάσκουν τη βιολογία, τη χημεία και τη φυσική ως ξεχωριστές τάξεις. Οι ξεχωριστές τάξεις μπορεί να υποδηλώνουν ότι τα θέματα δεν σχετίζονται, αλλά αυτό θα ήταν μια ανακριβής υπόθεση. Ολοκληρωμένα μαθήματα επιστημών που συνδέουν όλο και περισσότερο τα θέματα της βιολογίας, της χημείας και της φυσικής.
Καθορισμός και ολοκλήρωση επιστημονικών επιστημονικών κλάδων
Όπως ορίζει η Merriam-Webster, η βιολογία είναι η μελέτη της ζωής, πιο συγκεκριμένα "ένας κλάδος της γνώσης που ασχολείται με τους ζωντανούς οργανισμούς και τις ζωτικές διαδικασίες". Η χημεία αποτελείται από "μια επιστήμη που ασχολείται με τη σύνθεση, τη δομή και τις ιδιότητες των ουσιών και με τους μετασχηματισμούς που υφίστανται". και η φυσική σημαίνει "μια επιστήμη που ασχολείται με την ύλη και την ενέργεια και τις αλληλεπιδράσεις τους."
Ενσωμάτωση της Βιολογίας και της Χημείας
Η σχέση μεταξύ χημείας και βιολογίας προσφέρει πολλές πιθανές συνδέσεις και επιστημονικά πειράματα για φοιτητές στη βιολογία. Όλη η ζωή εξαρτάται από τις χημικές διεργασίες. Η χημική διαδικασία της φωτοσύνθεσης, η οποία χρησιμοποιεί την ενέργεια του ήλιου για τη μετατροπή του νερού και του διοξειδίου του άνθρακα σε γλυκόζη (ζάχαρη), αποτελεί τη βάση των περισσότερων τροφικών αλυσίδων. Όπως η φωτοσύνθεση, η χημειοσύνθεση αποθηκεύει ενέργεια μέσω χημικών διεργασιών και υποστηρίζει τις τροφικές αλυσίδες κατά μήκος αεραγωγών βαθιάς θάλασσας, υποδηλώνοντας δυνατότητες για την πρώτη ζωή και τη ζωή της Γης σε άλλους πλανήτες και φεγγάρια.
Βιοφωταύγεια σημαίνει ζωντανό φως. Οι χημικές διεργασίες σε μια ποικιλία οργανισμών, που κυμαίνονται από φυτά έως μύκητες έως ζώα, συμπεριλαμβανομένων των δινοφλαγελιών, των μεδουσών και των ψαριών ψαράς, δημιουργούν αυτό το ζωντανό φως. Η πέψη και η κυτταρική αναπνοή εξαρτώνται επίσης από τις χημικές αντιδράσεις των ζωντανών οργανισμών. Η κατανόηση της χημείας της παραγωγής πετρελαίου, με βάση την αποσύνθεση των φυκών υπό θερμότητα και πίεση, προσφέρει μια λύση στην παγκόσμια ενέργεια κρίση με την παραγωγή πετρελαίου από φύκια, αλλά δυνητικά δημιουργεί μια άλλη περιβαλλοντική κρίση μέσω της συνεχούς χρήσης προηγουμένως μη ανανεώσιμων απολιθωμάτων καύσιμα.
Ενσωμάτωση της Βιολογίας και της Φυσικής
Η φυσική των ζωντανών οργανισμών προσφέρει επίσης ευκαιρίες για επιστημονικά πειράματα για φοιτητές της βιολογίας. Η Φυσική περιλαμβάνει τις μελέτες της μηχανικής, της θερμότητας, του φωτός, της ηλεκτρικής ενέργειας και του ήχου. Μελέτες της ενέργειας που χρησιμοποιείται από ζωντανούς οργανισμούς, είτε από φωτοσύνθεση είτε από κυτταρική αναπνοή, θολώνουν τη γραμμή μεταξύ της βιολογίας και της φυσικής. Μελέτες βιοφωταύγιας εξετάζουν τόσο την ενέργεια όσο και το φως που παράγουν οι οργανισμοί, συνδυάζοντας τη φυσική και τη βιολογία. Η ηλεκτρική ενέργεια του νευρικού συστήματος, οι μηχανισμοί που προκαλούν χειμερία νάρκης ή εκτομή, και Η ευαισθησία του αμφιβληστροειδούς και του τυμπάνου εφαρμόζει τις αρχές της φυσικής στους μηχανισμούς του οργανισμοί.
Μελέτες των δυνάμεων που σπάζουν τα οστά παρέχουν πληροφορίες για βιομηχανικά σχέδια για την επισκευή αυτών οστά στην προ-σπασμένη αντοχή τους και προτείνει μεθόδους για τη διόρθωση περιβαλλοντικών ή γενετικών ελαττωμάτων ή ελλείψεις. Η κατανόηση των μηχανικών και των δομικών απαιτήσεων διαφόρων αρθρώσεων σώματος έχει ήδη παράσχει τις πληροφορίες που απαιτούνται για το σχεδιασμό αντικατάστασης αρθρώσεων γόνατος, ισχίου και ώμου.
Ενσωμάτωση της Βιολογίας, της Χημείας και της Φυσικής
Οι οργανισμοί, είτε ζωντανοί, νεκροί ή εξαφανισμένοι, λειτουργούν λόγω των συνδυασμένων βιολογικών, χημικών και φυσικών στοιχείων τους. Η κατανόηση από αυτούς τους κλάδους παρέχει πληροφορίες για τα εξελικτικά και δομικά χαρακτηριστικά των οργανισμών. Για παράδειγμα, τα δέντρα στέκονται επειδή η κυτταρίνη στα τοιχώματα των κυττάρων τους και το νερό που είναι αποθηκευμένο στα κενά τους παρέχουν τη δομική αντοχή για να συγκρατούν τα δέντρα βιομάζα, συμπεριλαμβανομένων των φύλλων που μετατρέπουν το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα σε ενέργεια για να τροφοδοτήσουν τις χημικές διεργασίες που επιτρέπουν στα κύτταρα να αναπτυχθούν και να αναπαραχθούν για να σχηματίσουν νέα κύτταρα. Η κατανόηση της δομικής αντοχής των οστών και των χημικών διεργασιών του μεταβολισμού βοηθά τους επιστήμονες να κατανοήσουν και να δημιουργήσουν εκ νέου τη βιολογία των εξαφανισμένων οργανισμών, όπως οι δεινόσαυροι και τα θαλάσσια ερπετά. Η μελέτη της φυσικής και της χημείας των βιολογικών συστημάτων που συνδέονται με τη Γη υποδηλώνει την ύπαρξη και τις δομές πιθανών μορφών ζωής υπό εξωγήινες συνθήκες.
Βιολογία, Χημεία ή Φυσική;
Πολλά κολέγια προσφέρουν πλέον ολοκληρωμένα επιστημονικά προγράμματα και όχι μεμονωμένες μελέτες στη βιολογία, τη χημεία ή τη φυσική. Αυτά τα προγράμματα κολλεγίων αναγνωρίζουν τη διασύνδεση των επιστημονικών κλάδων. Το σημερινό νηπιαγωγείο μέσω των υψηλών προδιαγραφών των σχολείων επικεντρώνεται στην ολοκληρωμένη επιστήμη, με αυξανόμενη έμφαση σχετικά με τη διασυνδεδεμένη επιστήμη, τεχνολογία, μηχανική και μαθηματικά (STEM ή, με την προσθήκη τέχνης, STEAM) εκπαίδευση. Πολλά κολλέγια, που κυμαίνονται από το ολοκληρωμένο πρόγραμμα σπουδών του Princeton έως το Τμήμα Χημείας και Βιοχημείας του Πανεπιστημίου του Όρεγκον έως Το Τμήμα Βιολογίας στο Harvey Mudd College προσφέρει τώρα μαθήματα και πτυχία που δεν περιορίζονται σε ένα μόνο παραδοσιακό επιστημονικό πειθαρχία.